JPH09133965A - くさび型偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置 - Google Patents
くさび型偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置Info
- Publication number
- JPH09133965A JPH09133965A JP7291502A JP29150295A JPH09133965A JP H09133965 A JPH09133965 A JP H09133965A JP 7291502 A JP7291502 A JP 7291502A JP 29150295 A JP29150295 A JP 29150295A JP H09133965 A JPH09133965 A JP H09133965A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wedge
- beam splitter
- display device
- polarization beam
- polarizer
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- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】偏光板の発熱を抑えるための手段を備えなが
ら、光路長を短くでき、かつ、美観に優れた映像を映し
出すことのできる投射型表示装置を提供する。 【解決手段】光源１と、偏光子４と、液晶パネル５とを
順に光軸上に配置した投射型表示装置において、光源１
と偏光子４の間に、少なくとも１つのくさび型プリズム
９を配置する。くさび型プリズム９は、P偏光の多くを
透過するが、s偏光の多くを反射するため、偏光子４がS
偏光を吸収して発熱するのを防ぐことができる。また、
くさび型プリズム９の占める光路長は短いため、装置を
小型にすることができる。
ら、光路長を短くでき、かつ、美観に優れた映像を映し
出すことのできる投射型表示装置を提供する。 【解決手段】光源１と、偏光子４と、液晶パネル５とを
順に光軸上に配置した投射型表示装置において、光源１
と偏光子４の間に、少なくとも１つのくさび型プリズム
９を配置する。くさび型プリズム９は、P偏光の多くを
透過するが、s偏光の多くを反射するため、偏光子４がS
偏光を吸収して発熱するのを防ぐことができる。また、
くさび型プリズム９の占める光路長は短いため、装置を
小型にすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光光学系を用い
た投射型表示装置に関するものである。特に、大画面ス
クリーン上に静止画や動画を映し出すための液晶プロジ
ェクタに関する。
た投射型表示装置に関するものである。特に、大画面ス
クリーン上に静止画や動画を映し出すための液晶プロジ
ェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶プロジェクタには、大きなス
クリーンに明るい画像を映し出すために強力な光源が用
いられている。しかしながら、光源と液晶パネルとの間
に配置される偏光板が、発熱してしまうという問題が生
じていた。そこで、例えば特開平４ー３２９５２６号公
報では、偏光板と光源との間に、Ｐ偏光とＳ偏光の全反
射角度の差を利用した平板型の偏光ビームスプリッタを
配置している。平板偏光ビームスプリッタは、Ｐ偏光を
透過するがＳ偏光の多くを反射する。この平板偏光ビー
ムスプリッタのＰ偏光の方向と、偏光板を透過する偏光
軸とを一致させるように配置することにより、偏光板に
入射するＳ偏光の光量を減少させ、偏光板の発熱を防止
している。
クリーンに明るい画像を映し出すために強力な光源が用
いられている。しかしながら、光源と液晶パネルとの間
に配置される偏光板が、発熱してしまうという問題が生
じていた。そこで、例えば特開平４ー３２９５２６号公
報では、偏光板と光源との間に、Ｐ偏光とＳ偏光の全反
射角度の差を利用した平板型の偏光ビームスプリッタを
配置している。平板偏光ビームスプリッタは、Ｐ偏光を
透過するがＳ偏光の多くを反射する。この平板偏光ビー
ムスプリッタのＰ偏光の方向と、偏光板を透過する偏光
軸とを一致させるように配置することにより、偏光板に
入射するＳ偏光の光量を減少させ、偏光板の発熱を防止
している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の液
晶プロジェクタに用いられる平板偏光ビームスプリッタ
は、光の入射角を約70度にする必要がある。そのため、
平板偏光ビームスプリッタを光軸に対して寝かせるよう
に配置しなければならず、偏光ビームスプリッタが液晶
プロジェクタ装置内の光路中でかなりの光路長を占め
る。これが、光学系の小型化への障害、ならびに、光量
損失の原因となる。この点を解決するために、平板偏光
ビームスプリッタを折り曲げて配置する方法が上記公報
において提案されている。
晶プロジェクタに用いられる平板偏光ビームスプリッタ
は、光の入射角を約70度にする必要がある。そのため、
平板偏光ビームスプリッタを光軸に対して寝かせるよう
に配置しなければならず、偏光ビームスプリッタが液晶
プロジェクタ装置内の光路中でかなりの光路長を占め
る。これが、光学系の小型化への障害、ならびに、光量
損失の原因となる。この点を解決するために、平板偏光
ビームスプリッタを折り曲げて配置する方法が上記公報
において提案されている。
【０００４】しかしながら、平板偏光ビームスプリッタ
を折り曲げると、折り曲げた部分が投影された映像上で
影となるという問題が発生する。
を折り曲げると、折り曲げた部分が投影された映像上で
影となるという問題が発生する。
【０００５】さらに平板偏光ビームスプリッタは上述の
ように入射角が大きいため、反射すべきS偏光の反射す
る方向と、透過すべきP偏光の方向が近いため、S偏光が
迷光となり、光学系に悪影響を与えるという問題がしば
しば発生する。
ように入射角が大きいため、反射すべきS偏光の反射す
る方向と、透過すべきP偏光の方向が近いため、S偏光が
迷光となり、光学系に悪影響を与えるという問題がしば
しば発生する。
【０００６】本発明は、偏光板の発熱を抑えるための手
段を備えながら、光路長を短くでき、かつ、美観に優れ
た映像を投影することのできる投射型表示装置を提供す
ることを目的とする。
段を備えながら、光路長を短くでき、かつ、美観に優れ
た映像を投影することのできる投射型表示装置を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明では、光源と、偏光子と、液晶パネルとを順に
光軸上に配置した投射型表示装置において、光源と偏光
子との間に、少なくとも１つのくさび型プリズムを配置
する。
に本発明では、光源と、偏光子と、液晶パネルとを順に
光軸上に配置した投射型表示装置において、光源と偏光
子との間に、少なくとも１つのくさび型プリズムを配置
する。
【０００８】くさび型プリズムは、P偏光の多くを透過
するのに対し、S偏光の多くを反射する特性がある。ま
た、くさび型プリズムの入射角は、平板偏光ビームスプ
リッタの入射角よりも小さいため、くさび形プリズムが
占める光路長は、大きくならない。また映像上に影がで
きる心配もない。さらに不要なS偏光の反射する方向が
使用するP偏光の方向と大きくずれているため、S偏光が
迷光となり光学系に悪影響を与えることもない。
するのに対し、S偏光の多くを反射する特性がある。ま
た、くさび型プリズムの入射角は、平板偏光ビームスプ
リッタの入射角よりも小さいため、くさび形プリズムが
占める光路長は、大きくならない。また映像上に影がで
きる心配もない。さらに不要なS偏光の反射する方向が
使用するP偏光の方向と大きくずれているため、S偏光が
迷光となり光学系に悪影響を与えることもない。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の投射型表
示装置について図面を用いて説明する。
示装置について図面を用いて説明する。
【００１０】まず、本実施の形態の投射型表示装置の光
学系の構成について図１を用いて説明する。
学系の構成について図１を用いて説明する。
【００１１】光軸１０１上に、光源１、コンデンサーレ
ンズ２、くさび型偏光ビームスプリッタ９、偏光子４、
液晶パネル５、検光子６、投影レンズ７が順に配置され
ている。光源１は、メタルハライドランプを用いてい
る。
ンズ２、くさび型偏光ビームスプリッタ９、偏光子４、
液晶パネル５、検光子６、投影レンズ７が順に配置され
ている。光源１は、メタルハライドランプを用いてい
る。
【００１２】くさび型偏光ビームスプリッタ９の構成に
ついて図２を用いてさらに説明する。くさび型偏光ビー
ムスプリッタ９は、斜面が平行に相対するように配置さ
れた２つのくさび型プリズム９１、９２により構成され
ている。くさび型プリズム９１、９２は、屈折率=1.52
の光学ガラスで形成された透明基体１０と、基体１０の
斜面に形成された屈折率2.3のＴｉＯ2膜１２と、斜面以
外の入射面および出射面に配置された反射防止コート１
１とにより構成されている。ＴｉＯ2膜１２は、光学的
膜厚で550nmの１／４の厚みに形成されている。
ついて図２を用いてさらに説明する。くさび型偏光ビー
ムスプリッタ９は、斜面が平行に相対するように配置さ
れた２つのくさび型プリズム９１、９２により構成され
ている。くさび型プリズム９１、９２は、屈折率=1.52
の光学ガラスで形成された透明基体１０と、基体１０の
斜面に形成された屈折率2.3のＴｉＯ2膜１２と、斜面以
外の入射面および出射面に配置された反射防止コート１
１とにより構成されている。ＴｉＯ2膜１２は、光学的
膜厚で550nmの１／４の厚みに形成されている。
【００１３】くさび型プリズム９１の斜面に、基体１０
側から550nmの波長の光を入射させた場合の透過率の入
射角依存性を図３に示す。斜面の法線に対する入射光の
角度をθとした場合、θが約38度においてP偏光透過率
はほぼ100％の透過率を示す。これに対し、S偏光透過率
は約30％しかなく残りは反射する。さらに図２に示すよ
うに、くさび型プリズム９２を相対して配置した場合に
は、くさび型プリズム９１を出射した光が、さらにくさ
び型プリズム９２の斜面で偏光分離されるため、図３よ
りもさらに偏光分離性能が向上していることがわかる。
また、くさび型プリズム９１の斜面から出射した光が、
再びくさび型プリズム９２の斜面から入射することによ
り、くさび型プリズム９１に入射したときの光の進行方
向とくさび型プリズム９２を出射するときの光の進行方
向とを平行にすることができる。
側から550nmの波長の光を入射させた場合の透過率の入
射角依存性を図３に示す。斜面の法線に対する入射光の
角度をθとした場合、θが約38度においてP偏光透過率
はほぼ100％の透過率を示す。これに対し、S偏光透過率
は約30％しかなく残りは反射する。さらに図２に示すよ
うに、くさび型プリズム９２を相対して配置した場合に
は、くさび型プリズム９１を出射した光が、さらにくさ
び型プリズム９２の斜面で偏光分離されるため、図３よ
りもさらに偏光分離性能が向上していることがわかる。
また、くさび型プリズム９１の斜面から出射した光が、
再びくさび型プリズム９２の斜面から入射することによ
り、くさび型プリズム９１に入射したときの光の進行方
向とくさび型プリズム９２を出射するときの光の進行方
向とを平行にすることができる。
【００１４】そこで、くさび型偏光ビームスプリッタ９
のくさび型プリズム９１、９２の頂角の角度を38度と
し、くさび型プリズム９１、９２の斜面に光が38度で入
射するように構成した場合のくさび型偏光ビームスプリ
ッタ９の透過率の波長依存性を図５にしめす。400〜700
nmの可視域全域にわたって良好なP偏光の透過特性とS偏
光の反射特性があることがわかる。
のくさび型プリズム９１、９２の頂角の角度を38度と
し、くさび型プリズム９１、９２の斜面に光が38度で入
射するように構成した場合のくさび型偏光ビームスプリ
ッタ９の透過率の波長依存性を図５にしめす。400〜700
nmの可視域全域にわたって良好なP偏光の透過特性とS偏
光の反射特性があることがわかる。
【００１５】ここで、図１の構成の投射型表示装置の動
作について説明する。
作について説明する。
【００１６】光源１から出射された光量の大きな光は、
コンデンサレンズ２で平行または収束光束となり、偏光
ビームスプリッタ９、偏光子４を通過することにより、
直線偏光となる。そして、映像等の情報を形成するよう
に駆動された液晶パネル５に入射する。液晶パネル５を
出射した光は、検光子６を通過し、拡大レンズ７で拡散
光束となり、スクリーン８に投射される。これにより、
スクリーン８に映像が映し出される。
コンデンサレンズ２で平行または収束光束となり、偏光
ビームスプリッタ９、偏光子４を通過することにより、
直線偏光となる。そして、映像等の情報を形成するよう
に駆動された液晶パネル５に入射する。液晶パネル５を
出射した光は、検光子６を通過し、拡大レンズ７で拡散
光束となり、スクリーン８に投射される。これにより、
スクリーン８に映像が映し出される。
【００１７】ここで、偏光ビームスプリッタ９のP偏光
の偏光方向が、偏光子４の偏光方向に一致するように偏
光ビームスプリッタ９を配置しておくことにより、光源
１から出射された光のうち、S偏光の大部分を予め偏光
ビームスプリッタ９で取り除くことができる。偏光子４
は、偏光ビームスプリッタ９で取り除き切れなかったS
偏光をさらに取り除き液晶パネル５の入射させる。偏光
子４に入射するS偏光は、偏光ビームスプリッタ９で予
め減少させているので、偏光子４の吸収されるS偏光を
減少させることができ、偏光子４の発熱を防ぐことがで
きる。
の偏光方向が、偏光子４の偏光方向に一致するように偏
光ビームスプリッタ９を配置しておくことにより、光源
１から出射された光のうち、S偏光の大部分を予め偏光
ビームスプリッタ９で取り除くことができる。偏光子４
は、偏光ビームスプリッタ９で取り除き切れなかったS
偏光をさらに取り除き液晶パネル５の入射させる。偏光
子４に入射するS偏光は、偏光ビームスプリッタ９で予
め減少させているので、偏光子４の吸収されるS偏光を
減少させることができ、偏光子４の発熱を防ぐことがで
きる。
【００１８】入射角38度のくさび型偏光ビームスプリッ
タ９を通過するときの光束の直径を50mmとした場合、こ
の光束全てを通過させるために必要な偏光ビームスプリ
ッタ９の光路長は、40mmである。これに対し、従来の入
射角70度の平板偏光ビームスプリッタを用いた場合に
は、光路長が最低でも137mm必要となる。従って、本実
施の形態のくさび型偏光ビームスプリッタ９に必要な光
路長は、平板偏光ビームスプリッタの３分の１以下とな
り、装置を小型にすることができる。
タ９を通過するときの光束の直径を50mmとした場合、こ
の光束全てを通過させるために必要な偏光ビームスプリ
ッタ９の光路長は、40mmである。これに対し、従来の入
射角70度の平板偏光ビームスプリッタを用いた場合に
は、光路長が最低でも137mm必要となる。従って、本実
施の形態のくさび型偏光ビームスプリッタ９に必要な光
路長は、平板偏光ビームスプリッタの３分の１以下とな
り、装置を小型にすることができる。
【００１９】また、偏光ビームスプリッタ９における反
射光は、透過光に対し114度と全く異なった方向に進
む。このため、反射光が迷光となり光学系に悪影響を与
える可能性は非常に低い。
射光は、透過光に対し114度と全く異なった方向に進
む。このため、反射光が迷光となり光学系に悪影響を与
える可能性は非常に低い。
【００２０】さらに、本実施の形態では、従来の平板ビ
ームスプリッタを折り畳んで使用した場合のような影が
投影される恐れがなく、明るさの均一な美しい映像を投
影することができる。
ームスプリッタを折り畳んで使用した場合のような影が
投影される恐れがなく、明るさの均一な美しい映像を投
影することができる。
【００２１】また、本実施の形態において、くさび型プ
リズム９１、９２の斜面へのコートはＴｉＯ2の単層膜
に限らず、他の物質の単層膜でも可能であり、さらに
は、２層膜以上の多層膜や未コートでも同種の性能を得
ることができる。例として屈折率2.0のＺｒＯ2単層膜を
斜面にコートした場合の透過率の角度依存性を図６に示
す。また、屈折率1.47のＳｉＯ2と屈折率2.3のＴｉＯ2
膜の２層を斜面に積層コートした場合の透過率の角度依
存性を図７に示す。また、コートを施していない場合の
透過率の角度依存性を図８に示す。図６の場合には、上
述の図３と同等の偏光分離特性が得られていることがわ
かる。また、図７の場合には、上述の図３よりも優れた
偏光分離特性が得られていることがわかる。図８の場合
には、図３よりも劣っているが、偏光分離特性は得られ
ており、未コートでも偏光子４の発熱を減少させること
ができることがわかる。
リズム９１、９２の斜面へのコートはＴｉＯ2の単層膜
に限らず、他の物質の単層膜でも可能であり、さらに
は、２層膜以上の多層膜や未コートでも同種の性能を得
ることができる。例として屈折率2.0のＺｒＯ2単層膜を
斜面にコートした場合の透過率の角度依存性を図６に示
す。また、屈折率1.47のＳｉＯ2と屈折率2.3のＴｉＯ2
膜の２層を斜面に積層コートした場合の透過率の角度依
存性を図７に示す。また、コートを施していない場合の
透過率の角度依存性を図８に示す。図６の場合には、上
述の図３と同等の偏光分離特性が得られていることがわ
かる。また、図７の場合には、上述の図３よりも優れた
偏光分離特性が得られていることがわかる。図８の場合
には、図３よりも劣っているが、偏光分離特性は得られ
ており、未コートでも偏光子４の発熱を減少させること
ができることがわかる。
【００２２】また、本実施の形態の偏光ビームスプリッ
タ９として、特に偏光分離性能が優れているものを用い
る場合には、偏光子４を省略する構成にすることも可能
である。
タ９として、特に偏光分離性能が優れているものを用い
る場合には、偏光子４を省略する構成にすることも可能
である。
【００２３】
【発明の効果】本発明は上記してきたように、くさび型
偏光ビームスプリッタを用いたことにより必要な光路長
を短くでき、光学系全体をコンパクトにすることが可能
となった。さらに投影映像に影も発生せず、迷光の影響
も低減する事ができる。
偏光ビームスプリッタを用いたことにより必要な光路長
を短くでき、光学系全体をコンパクトにすることが可能
となった。さらに投影映像に影も発生せず、迷光の影響
も低減する事ができる。
【図１】本発明の一実施の形態の投射型表示装置の光学
系の構成を示すブロック図。
系の構成を示すブロック図。
【図２】図１の偏光ビームスプリッタの拡大ブロック
図。
図。
【図３】図２の偏光ビームスプリッタの一つのプリズム
の透過率の角度依存性を示すグラフ。
の透過率の角度依存性を示すグラフ。
【図４】図２の偏光ビームスプリッタ全体の透過率の角
度依存性を示すグラフ。
度依存性を示すグラフ。
【図５】図２の偏光ビームスプリッタの透過率の波長依
存性を示すグラフ。
存性を示すグラフ。
【図６】斜面に図２とは異なる光学薄膜を備えたくさび
型プリズムの偏光の透過率の角度依存性を示すグラフ。
型プリズムの偏光の透過率の角度依存性を示すグラフ。
【図７】斜面に図２とは異なる光学薄膜を備えたくさび
型プリズムの偏光の透過率の角度依存性を示すグラフ。
型プリズムの偏光の透過率の角度依存性を示すグラフ。
【図８】斜面にコートを施していないくさび型プリズム
の偏光の透過率の角度依存性を示すグラフ。
の偏光の透過率の角度依存性を示すグラフ。
１・・・光源、２・・・コンデンサーレンズ、４・・・
偏光子、５・・・液晶パネル、６・・・検光子、７・・
・投影レンズ、８・・・スクリーン、９・・・くさび型
偏光ビームスプリッタ、１０・・・くさび型透明基体、
１１・・・反射防止膜、１２・・・ＴｉＯ2単層膜。
偏光子、５・・・液晶パネル、６・・・検光子、７・・
・投影レンズ、８・・・スクリーン、９・・・くさび型
偏光ビームスプリッタ、１０・・・くさび型透明基体、
１１・・・反射防止膜、１２・・・ＴｉＯ2単層膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ
Claims (5)
- 【請求項１】光源と、偏光子と、液晶パネルとを順に光
軸上に配置した投射型表示装置において、 光源と偏光子との間に、少なくとも１つのくさび型プリ
ズムを配置したことを特徴とする投射型表示装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記くさび型プリズム
は、前記くさび型プリズムを透過する偏光成分のうちの
透過率の高い偏光成分の偏光方向が、前記偏光子の透過
光の偏光方向と一致するように配置されていることを特
徴とする投射型表示装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記くさび型プリズム
は、２個配置され、前記２個のくさび型プリズムは、斜
面が平行に相対するように配置されていることを特徴と
する投射型表示装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記くさび型プリズム
の斜面には、少なくとも１層の光学薄膜が形成され、前
記光学薄膜は、ＴｉＯ2膜を有することを特徴とする投
射型表示装置。 - 【請求項５】請求項４において、前記光学薄膜は、さら
に、ＳｉＯ2膜をさらに有することを特徴とする投射型
表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7291502A JPH09133965A (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | くさび型偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7291502A JPH09133965A (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | くさび型偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133965A true JPH09133965A (ja) | 1997-05-20 |
Family
ID=17769719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7291502A Pending JPH09133965A (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | くさび型偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09133965A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6764182B2 (en) | 2000-01-28 | 2004-07-20 | Seiko Epson Corporation | Light reflective polarizer and projector using the same |
| JP2016033484A (ja) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 横河電機株式会社 | 参照光分岐用光学系 |
| CN106154641A (zh) * | 2015-04-02 | 2016-11-23 | 联想(北京)有限公司 | 显示组件和电子设备 |
-
1995
- 1995-11-09 JP JP7291502A patent/JPH09133965A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6764182B2 (en) | 2000-01-28 | 2004-07-20 | Seiko Epson Corporation | Light reflective polarizer and projector using the same |
| EP2275845A1 (en) * | 2000-01-28 | 2011-01-19 | Seiko Epson Corporation | Optical reflection polarizer |
| JP2016033484A (ja) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 横河電機株式会社 | 参照光分岐用光学系 |
| CN106154641A (zh) * | 2015-04-02 | 2016-11-23 | 联想(北京)有限公司 | 显示组件和电子设备 |
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